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Riassunto esame Genetica, prof. Cicchini, libro consigliato Principi di genetica, Snustad Appunti scolastici Premium

Riassunto per l'esame di Biologia e genetica, basato su rielaborazione di appunti personali e studio del libro adottato dalla docente Cicchini, Principi di genetica, Snustad. Gli argomenti trattati sono:
-DNA (replicazione, trascrizione, traduzione).
-meiosi.
-genetica Mendeliana.
-mutazioni.
-genetica batterica.
-estensioni genetica mendeliana.
-dal genotipo al fenotipo.
-imprinting.
-malattie... Vedi di più

Esame di Biologia e genetica docente Prof. C. Cicchini

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ESTRATTO DOCUMENTO

regione promotrice distale regione a monte o in alcuni casi a valle del sito di inizio, che funziona di sito di

- legame per fattori trascrizionali enhancer e silencer.

sito presentato da molti promotori eucarioti, che include il sito di inizio della trascrizione.

- iniziatore Inr –

Per la trascrizione sono necessarie molte proteine:

fattori generali di trascrizione fattori necessari per il funzionamento della polimerasi, non dipendono dal

- singolo gene da trascrivere.

Fattori specifici di trascrizione necessari per la trascrizione di uno specifico gene o gruppo di geni.

- Regolatori della trascrizione proteine mediatrici e complessi di rimodellamento della cromatina

- legame di fattori generali di trascrizione e RNA pol alla Tata box.

Complesso di pre-inizio:

Ha come obiettivo il riconoscimento del promotore basale, l’attivazione della polimerasi e la denaturazione del DNA.

Il fattore generale di trascrizione TFIID si assembla alla TATA box. In particolare la TBP (Tata binding protein),

- che una subunità del complesso, responsabile del legame, che provoca una distorsione. TFIID coopera

è è

con TFIIA eTFIIB.

TFIIF recluta la polimerasi II

- TFIIH fosforila la polimerasi, attivandola, e denatura il DNA (funzione elicasica)

- La polimerasi II, una volta attivata, si stacca dai fattori trascrizionali generali per legarsi ai fattori di

- allungamento.

In assenza di attivatori trascrizionali, il complesso di pre­inizio promuove una trascrizione debole.

Per una trascrizione più sostanziosa necessario che il complesso di pre­inizio interagisca con

è fattori

(gli ehancer), che si legano alla regione promotrice distale. Gli enhancer sono

trascrizionali intensificatori

costituiti da due subunità: con una legano il DNA, con l’altra interagiscono con il complesso di pre­inizio, inducendo

modificazioni nell’apparato trascrizionale o reclutando modificatori della cromatina.

Il contatto tra l’attivatore e il complesso di inizio può essere diretto o avvenire tramite mediatori.

Oltre agli enhancer, che legano siti attivatori della regione promotrice distale, esistono anche Anche

fattori silencer.

questi sono composti da due subunità: con una legano il DNA, con l’altra interferiscono con gli attivatori inibendo la

trascrizione. L’interazione con gli attivatori può avvenire in vari modi: competendo per il sito di legame al DNA, legando il

dominio di attivazione dell’attivatore, competendo per il legame con il complesso di pre­inizio, reclutando modificatori

della cromatina che tendono a compattarla.

In base al numero di attivatori e repressori che interagiscono tra loro si ha o meno la trascrizione.

Durante l’allungamento, il complesso proteico FACT rimuove gli istoni a valle del sito di trascrizione e li rimette a posto a

monte.

In seguito all’allungamento, la terminazione della trascrizione avviene per taglio endonucleolitico in corrispondenza del di

nucleotide CA, che si trova a valle di una sequenza conservata ricca in A e a monte di una ricca in G e U. il segnale di

terminazione identificato da proteine che viaggiano sulla coda fosforilata della polimerasi, mentre i fattori che

è

determinano il taglio legano la regione ricca in G e U.

Maturazione dei pre-mRNA

I processi di maturazione a cui vanno incontro gli mRNA sono:

Capping

• Poliadenilazione

• Splicing

Le proteine di modificazione necessarie sono trasportate dalla coda fosforilata della polimerasi II

1_Capping

Consiste nell’aggiunta di un cappuccio di 7­metil guanosina all’estremità 5’ del mRNA quando questo lungo c.ca 30

è

nt.

Funzioni del capping:

Protegge la catena dall’esonucleasi 5’­3’

- Necessario per il trasporto dal nucleo al citoplasma

- Facilita lo splicing

-

L’aggiunta del cap avviene in tre momenti:

La guanilil­transferasi aggiunge una guanosina monofosfato al 5’ della catena, catalizzando la formazione di un

- legame fosfodiesterico anomalo tra due 5’, con interposizione di un gruppo fosfato.

La guanina­metil­transferasi metila la guanina che stata aggiunta in posizione 7 (si forma 7­metil guanosina)

è

- Aggiunta al cap del complesso CBC (cap binding complex), che interagisce con la coda poli­A per circolarizzare

- l’RNA. Questo complesso esiste sia in forma nucleare che citoplasmatica; in quella citoplasmatica contiene

fattori di inizio della traduzione.

2_Poliadenilazione

Dopo il taglio dell’RNA in corrispondenza del dinucleotide CA, l’enzima Poli(A) polimerasi aggiunge una coda di

adenosina monofosfato di 200 nt. A questa si lega la PAB (Poli­A binding protein), che si lega al complesso CBC

attaccato al cap per circolarizzare l’mRNA e dargli maggiore stabilità e facilitare l’inizio della traduzione.

3_Splicing

Gli introni sono sequenze non codificanti con estremità conservate, dette siti di splicing (GU al 5’ e AG al 3’). Gli introni

vengono rimossi nel processo di maturazione.

Il processo di splicing avviene nel nucleo contemporaneamente alla trascrizione per intervento di uno spliceosoma, che

reclutato dalla coda fosforilata della polimerasi.

è

Lo spliceosoma formato dal snRNA e proteine. Questi formano un complesso che avvicina le estremità dell’introne e

è

taglia in corrispondenza dei siti di splicing, unendo poi con legame fosfodiesterico le estremità degli esoni consecutivi.

Lo splicing necessario per il passaggio dell’mRNA nel citoplasma: infatti il complesso del poro nucleare deve

è

riconoscere complessi proteici legati alle giunzioni esone­esone per permettere il passaggio.

Splicing alternativo: consiste nella rimozione di un esone o di parte di esso, a formare nuove sequenze. In questo modo

dalle informazioni di un solo gene possibile produrre più proteine diverse.

è

Gli RNA ribosomiali

Sono trascritti dalla polimerasi I, localizzata nel nucleolo. Esistono 200 copie dell’unità di trascrizione (che codifica per

rRNA 45S) per genoma aploide.

I singoli rRNA in cui il trascritto dovrà essere diviso (18S,28S e 5,8S) sono separati da introni.

Nel processamento degli RNA ribosomiali sono coinvolti snoRNP (piccole proteine ribonucleiche nucleolari) e snRNA

(piccoli RNA nucleolari). Gli rRNA sono tagliati dal trascritto primario tramite endo­ e esonucleasi.

La maturazione prevede anche la metilazione in molte posizioni.

In E.Coli il precursore degli RNA ribosomiali 30S, tagliato in rRNA 5S, 16S, 23S e tRNA 4S.

è

Gli RNA transfer

Esistono 50 tRNA diversi, codificati da sequenze ripetute. I geni codificanti per tRNA sono organizzati in cluster, ognuno

contenente copie multiple di vari geni per tRNA. Un tRNA può essere presente in più cluster.

Il processo di maturazione degli RNA transfer prevede:

Rimozione della sequenza leader

- Sostituzione degli ultimi nucleotidi all’estremità 3’ con CCA

- Modificazione chimica delle basi che porta ad avere nucleotidi non presenti nel trascritto primario (inosina,

- pseudo uridina, ecc)

Splicing dell’introne

-

3_La traduzione dell’RNA

La traduzione un processo che avviene nel citoplasma e consiste nella sintesi di una catena polipeptidica a partire da

è

uno stampo di RNA.

Il codice genetico

Per costruire una catena polipeptidica a partire da una sequenza aminoacidica vengono seguite le regole dettate dal

codice genetico. Le unità di lettura del codice genetico sono i cioè triplette di basi; ogni codone corrisponde

codoni,

ad uno e un solo aminoacido.

il codice genetico degenerato (o ridondante), in quanto tutte le possibili combinazioni in triplette delle 4 basi sono in

è

totale 64 ( ), ma gli aminoacidi che le triplette effettivamente codificano sono solo 20.

Quindi si può dire che:

Una tripletta (codone) uno ed uno solo aminoacido (il codice genetico

 non è ambiguo)

Un aminoacido più triplette (il codice genetico

 è degenerato)

Dei 64 codoni, 60 codificano per aminoacidi, 3 sono codoni stop e uno (AUG) sia un codone di inizio, sia codifica per

è

la metionina.

Quindi il codice genetico ha segnali di inizio e di fine.

Il codice genetico nell’espressione del DNA mitocondriale dei mammiferi, alcuni codoni non

è quasi universale:

corrispondono agli stessi aminoacidi a cui corrispondono nell’espressione del DNA nucleare.

Tre tipi di RNA partecipano alla traduzione:

mRNA (determina la sequenza aminoacidica)

• rRNA (compongono i ribosomi)

• tRNA (legano specifici aminoacidi per portarli nelle posizioni corrette delle catene)

• Gli RNA transfer

i tRNA hanno una struttura terziaria comune, a forma di quadrifoglio (la struttura 3D

che si vede con la diffrazione a raggi X a forma di L rovesciata).

è

L’anticodone posizionato nell’ansa dell’anticodone e consiste in 3

è

• nucleotidi complementari al codone per l’aminoacido.

Un singolo anticodone di tRNA può riconoscere più codoni corrispondenti allo

stesso aminoacido grazie al fenomeno del le

vacillamento della terza base:

prime due basi dell’anticodone sono perfettamente appaiate, mentre la terza è

meno permette l’appaiamento anche se non complementare alla terza

“fiscale”, è

base del codone. In questo modo esistono meno di 61 tipi di tRNA, che sarebbero

necessari se ognuno specificasse per uno e un sono codone.

Lo stelo dell’aminoacido il responsabile del legame con l’aminoacido, che si lega all’adenina al 3’

è

terminale (grigio) che viene inserita nella maturazione.

Il sotto la responsabilità degli enzimi aminoacil­tRNA sintetasi, uno per

legame del tRNA con l’aminoacido è

ogni aminoacido.

L’enzima lega inizialmente aminoacido e ATP. Con l’idrolisi dell’ATP a AMP si forma il complesso aminoacil­AMP legato

dall’enzima, in cui l’aminoacido attivo. Il tRNA scarico si lega all’enzima, che unisce l’aminoacido attivo all’estremità 3’

è

del tRNA. L’aminoacil­tRNA (tRNA carico) e l’adenosima monofosfato vengono rilasciati dall’enzima.

L’aminoacil­tRNA sintetasi ha anche funzione di correzione di bozze: rimuove immediatamente l’aminoacido male

appaiato.

I Ribosomi

Ribosoma batterico:

subunità maggiore 50S RNA 23S e 5S + 31 proteine

- subunità minore 30S RNA 16S + 21 proteine

-

Ribosoma di mammifero:

subunità maggiore 60S RNA 28S, 5,8S, 5S + 49 proteine

- subunità minore 40S RNA 18S + 33 proteine

-

L’unità di misura S indica gli Svedberg, cioè la velocità di sedimentazione durante la centrifugazione.

I ribosomi hanno il compito di cioè controllare che la traduzione

definire e mantenere la cornice di lettura,

inizi dalla sequenza AUG e che l’RNA venga letto di seguito e senza interruzioni, e di mettere in contatto i componenti

dell’apparato di traduzione.

Il processo di traduzione L’mRNA viene letto in direzione 5’­3’; la sintesi del polipeptide avviene

all’estremità ammino­terminale a quella carbossi­terminale.

All’interno del ribosoma ci sono 3 siti:

sito A: aminoacil­tRNA

- sito P: peptidil­mRNA

- sito E: exit

-

1_Inizio

La traduzione inizia dopo il reclutamento e l’assemblamento di diversi componenti.

Inizio nei procarioti:

viene reclutata la subunità minore del ribosoma legata a tre fattori di inizio e a GTP. L’rRNA 16 S della subunità

- minore riconosce una sequenza 5­10 nt a monte della tripletta AUG di inizio, detta sequenza Shine­Dalgarno.

Alla subunità minore si legano l’mRNA da tradurre ed l’aminoacil­tRNA iniziatore (che porta metionina

- formilata)

subunità maggiore del ribosoma, che unendosi fa corrispondere la posizione dell’aminoacil­tRNA iniziatore con

- il sito P.

il primo aminoacido ad essere aggiunto sempre la metionina ed il tRNA che porta questo aminoacido l’unico che

è è

entra direttamento nel sito P. la metionina viene spesso eliminata alla fine, ma serve al ribosoma per orientarsi sulla

giusta cornice di lettura.

Solo nei batteri la metionina iniziale formilata (aggiunta di un gruppo aldeidico che blocca l’estremità amino­terminale)

è

Negli eucarioti non presente la sequenza Shine­Dalgarno, in quanto il ribosoma si lega all’estremità 5’ dell’mRNA

è

riconoscendo il cappuccio. Normalmente il primo AUG dal cap il codone di inizio.

è

Il cappuccio viene riconosciuto da un complesso che lega il cappuccio formato da diversi fattori di inizio eucarioti. Una

volta legato all’mRNA, il complesso recluta un altro complesso formato da met­tRNA e altri due fattori di inizio. Il

complesso di inizio formato alla fine da fattori di inizio eucarioti, met­tRNA e le subunità del ribosoma.

è

2_Allungamento

I tRNA con gli aminoacidi da aggiungere entrano nel sito A. una volta appaiati al codone gli viene trasferita la catena

sintetizzata fino a quel momento per formazione di un legame peptidico tra l’aminoacido che trasportano e l’ultimo della

catena e passano nel sito P. quando un altro tRNA entra nel sito A e si appaia, quello nel sito P gli passa la catena e si

sposta nel sito E per l’uscita. L’rRNA 23S della subunità maggiore dei procarioti ha attività peptidil­transferasica.

Il processo di allungamento non richiede energia derivata da altre molecole (come ATP): l’energia viene ricavata dalla

rottura dei legami tra il tRNA e l’aminoacido (che sono stati formati dall’enzima idrolizzando ATP!)

3_Terminazione

I codoni di stop sono legati da fattori di rilascio, che entrano nel sito A e determinano la fine della traduzione. Il

polipeptide completo viene rilasciato.

Nei batteri un singolo mRNA può contenere la trascrizione di più di un gene e quindi più ribosomi possono tradurre

contemporaneamente diversi geni sullo stesso mRNA in modo indipendente. Si crea un complesso formato da mRNA e

molti ribosomi, chiamato polisoma.

L’mRNA eucariotico contiene la trascrizione di un solo gene (anche perché il complesso di inizio deve riconoscere il

cap, quindi deve per forza partire dall’inizio della molecola).

Il ripiegamento della proteina sintetizzata

le informazioni necessarie al ripiegamento della proteina sono contenute nella sequenza aminoacidica stessa ed inizia

già durante la sintesi.

Per evitare che la catena interferisca con elementi esterni che possono condizionare il corretto ripiegamento, viene

isolata grazie alla proteine chaperone.

Le proteine chaperone della famiglia Hsp70 (heat shock protein) legano la catena già durante la sintesi.

Dopo il rilascio del polipeptide, detto nativo, le proteine della famiglia delle chaperonine accolgono la catena in uno

spazio isolato, rilasciandola dopo il corretto ripiegamento.

RIPRODUZIONE

Gli organismi unicellulari si riproducono in modo asessuato per scissione binaria (vedi mitosi).

Gli organismi pluricellulari si riproducono in modo sessuato attraverso innumerevoli divisioni originate da una sola cellula,

lo zigote.

Negli organismi pluricellulari le cellule differenziate possono riprodursi o uscire più o meno permanentemente dal ciclo.

Cellule estremamente specializzate (globuli rossi, neuroni, cellule muscolari) non si dividono una volta

- differenziate.

Alcune cellule somatiche non si dividono normalmente, ma possono essere indotte alla divisione attraverso

- stimoli appropriati (epatociti in seguito a epatotomia, linfociti in seguito ad interazione con l’antigene specifico

vanno incontro a selezione clonale e proliferazione)

Cellule altamente mitotiche si dividono continuamente (cellule germinali, cellule staminali epiteliali, cellule del

- sangue)

Confronto tra riproduzione sessuata e asessuata:

Riproduzione asessuata

Vantaggi: veloce, minimo dispendio energetico, efficiente (alto numero di discendenti).

- Svantaggi: nessuna variabilità genetica, quindi minore capacità di adattamento all’ambiente.

- Le mutazioni sono l’unica fonte di variabilità.

-

Riproduzione sessuata

­ Vantaggi: notevole variabilità del patrimonio genetico, quindi maggiore capacità di adattamento.

­ Svantaggi: maggior dispendio di energia, può essere mortale.

­ Le mutazioni non sono l’unica fonte di variabilità.

La riproduzione sessuata basata sulla presenza di cellule sia aploidi (gameti) che diploidi (somatiche) nell’organismo.

è

La diplodia porta vantaggi alla cellula:

le mutazioni possono essere coperte dalla presenza di un altro allele del gene

- la variabilità genetica della prole alta grazie al processo di meiosi

è

-

La meiosi

La meiosi una modalità di divisione cellulare che porta alla formazione di cellule aploidi, i gameti.

è

Questo tipo di divisione caratteristico delle cellule germinali (da cui si originano i gameti) degli organismi a

è

riproduzione sessuata.

La meiosi si compone di due fasi:

Meiosi I – divisione riduzionale Cellula germinale diploide due cellule diploidi

Interfase I

Duplicazione del materiale genetico (la cellula contiene 4

copie di ciascun gene)

Profase I

1. leptotene (condensazione della cromatina a formare

i cromosomi, ciascuno costituito da due cromatidi

fratelli identici)

2. zigotene (appaiamento dei cromosomi omologhi,

detto sinapsi)

3. pachitene (i cromosomi omologhi completamente

appaiati fanno crossing­over)

diplotene (i cromosomi omologhi si iniziano a separare, tranne a livello dei chiasmi, punti di unione lungo le

4. lunghezze dei cromosomi dove avvenuto crossing­over). Le cellule germinali che producono gli ovociti si

è

fermano qui nella prima maturazione.

diacinesi (rottura dell’involucro nucleare e legame dei centromeri alle fibre del fuso)

5.

Metafase I

I cromosomi omologhi si allineano sulla piastra equatoriale

Anafase I

Ciascun cromosoma della coppia di omologhi viene tirato verso una delle estremità. Al contrario della mitosi, non c’è

separazione tra cromatidi.

Telofase I

Inizia la formazione delle cellule figlie, entrambe diploidi

Meiosi II – divisione equazionale Due cellule diploidi quattro cellule aploidi (gameti)

uguale a una mitosi:

È

Profase II

Condensazione dei cromosomi, dissoluzione dell’involucro

nucleare, legame tra i centromeri e le fibre del fuso.

Metafase II

Allineamento dei cromosomi sulla piastra equatoriale

Anafase II

Disgiunzione dei cromatidi fratelli, che vengono tirati verso i

poli opposti

Telofase II

Decondensazione del DNA e citocinesi.

Funzioni della meiosi:

ridurre il corredo cromosomico da diploide ad aploide

- assicurare che ciascun gamete sia provvisto di un corredo completo di cromosomi

- garantire la diversità genetica nei gameti. Questo possibile grazie al crossing over tra cromosomi omologhi e

è

- l’assortimento casuale nella meiosi I al momento della divisione.

GENETICA CLASSICA

A metà 800 Mendel individuò regole precise sulla modalità di trasmissione dei caratteri alla progenie.

Seguì un metodo di ricerca ipotetico deduttivo per i suoi esperimenti, formulando un’ipotesi e conducendo esperimenti

precisi per saggiarla.

L’organismo scelto da Mendel per i suoi esperimenti il pisum sativum, che:

è

facile da coltivare

è

- i semi sono economici

- molti caratteri sono presenti in due forme alternative (cioè due fenotipi alternativi)

- può auto fecondarsi, in quanto ogni fiore possiede sia organi maschili che femminili

-

La base di partenza per i suoi esperimenti erano le linee pure, derivate da cicli di autofecondazione.

Da questi creò poi gli ibridi, fecondando artificialmente la linea pura per un carattere con il polline della linea pura per un

altro.

Incroci tra monoibridi: le leggi della dominanza e della segregazione

La sua prima scoperta fu la incrociando una pianta linea pura alta con una linea pura bassa, tutti i

dominanza:

discendenti erano alti.

Facendo auto fecondare una pianta della generazione F1 (un ibrido), nella generazione F2 ricompare il carattere

recessivo, nella proporzione di 1:3.

Mendel ne dedusse che il carattere doveva essere rimasto latente, ma comunque presente, nelle piante della

“basso”

generazione F1.

Introdusse il concetto di gene, dicendo che il polline e l’uovo hanno un gene ciascuno, quindi la pianta che nasce dalla

loro unione ne ha due copie. Il gene può essere di due tipi, detti alleli, di cui uno dominante sull’altro.

è

Le linee pure furono definite omozigoti, mentre i membri della generazione F1 furono definiti eterozigoti.

Quanto una pianta si auto feconda, ciascun allele ha la stessa probabilità di entrare in un gamete. La manifestazione o

meno del carattere portato dall’allele dipende dal suo essere dominante o recessivo.

principio dell’uniformità della prima generazione ibrida.

I legge di Mendel –

La prima generazione filiale (F1) di due linee pure che differiscono per un carattere costituita da individui tutti uguali tra

è

loro, che presentano il carattere di uno dei genitori.

principio della segregazione.

II legge di Mendel –

In un eterozigote, due alleli differenti segregano durante la formazione di gameti e ciascun allele ha la stessa probabilità

di far parte del gamete.

Di conseguenza, nella F2 questi caratteri si manifestano in rapporti numerici definiti e costanti.

Questo fenomeno dovuto all’appaiamento e alla successiva separazione dei cromosomi omologhi (un cromosoma

è

contiene due copie di un allele, l’altro due copie dell’altro allele! Quindi un allele entra a far parte di ciascuna cellula

figlia).

Incroci tra diibridi: la legge dell’assortimento indipendente

Mendel provò a ripetere i suoi esperimenti considerando due caratteri contemporaneamente.

Partendo da due linee pure per entrambi i caratteri (una omozigote dominante per entrambi ed una omozigote recessiva

per entrambi) notò che la prima generazione mostrava entrambi i caratteri dominanti, quindi era eterozigote per

entrambi.

Ipotizzando che ciascun carattere fosse indipendente all’altro, nei gameti si sarebbero potute formare tutte le possibili

combinazioni tra i 4 alleli di due geni.

Se questo era vero, era possibile dedurre i rapporti tra i fenotipi dei figli considerando tutte le possibili combinazioni.

Il rapporto tra le combinazioni di fenotipo dominante e fenotipo recessivo dei due caratteri era 9:3:3:1 (9 con fenotipo

dell’allele dominante, 3 con fenotipo dell’allele dominante per il primo carattere di quello recessivo per il secondo, 3 con

fenotipo dell’allele recessivo per il primo carattere e di quello dominante per il secondo, uno con fenotipo di entrambi i

caratteri dell’allele recessivo).

L’ipotesi di Mendel fu confermata dagli esperimenti, per cui formulò la legge dell’assortimento indipendente.

principio dell’assortimento indipendente.

III legge di Mendel –

Incrociando due individui che differiscono per due caratteri, i geni per i caratteri vengono ereditati indipendentemente

l’uno dall’altro.

Questo fenomeno spiegato dal fatto che durante la meiosi i cromosomi che formano una coppia di omologhi

è

segregano e prendono posto in una delle cellule indipendentemente dal comportamento delle altre coppie di cromosomi.

(questo valido solo se i geni si trovano su cromosomi diversi)

è

Applicazione delle leggi di Mendel

Le leggi di Mendel possono essere utilizzate per prevedere i risultati degli incroci genetici, ossia calcolare le frequenze

genotipiche e fenotipiche attese nella progenie.

Gli strumenti sono:

il quadrato di Punnet

• lo schema ramificato

• la regola del prodotto

• la regola della somma

• test­cross

• test del chi­quadro

Lo schema ramificato

Viene utilizzato il metodo della biforcazione per prevedere il risultato di un incrocio che coinvolge più geni

contemporaneamente.

Segregazione del gene 3 alti 1 nano

per l’altezza della pianta

Segregazione del gene 3 gialli 1 verde 3 gialli 1 verde

per il colore del seme

Segregazione del gene 3 lisci 1 rugoso 3 lisci 1 rugoso 3 lisci 1 rugoso 3 lisci 1 rugoso

per la forma del seme

27 alti, gialli e lisci 9 alti, gialli e rugosi 9 alti, verdi e lisci 3 alti, verdi e rugosi

– – –

9 nani, gialli e lisci 3 nani, gialli e rugosi 3 nani, verdi e lisci 1 nano, verde e rugoso

– – –

Regola del prodotto

La probabilità che due eventi indipendenti si verifichino insieme uguale al prodotto delle probabilità dei singoli eventi.

è

Regola della somma

La probabilità che si verifichi o uno o l’altro di due eventi che si escludono a vicenda data dalla somma delle

è

probabilità di ciascun evento.

Esempio: Incrocio Aa x Aa

1. voglio sapere la probabilità che lo zigote sia omozigote dominante AA.

Regola del prodotto:

La probabilità che lo zigote contenga due copie di A per il primo gamete e per il secondo.

è ½ ½

x = , quindi la probabilità che lo zigote sia omozigote dominante 1 su 4.

½ ½ ¼ è

2. voglio sapere la probabilità che lo zigote sia eterozigote. Perché questo avvenga si possono verificare due eventi: O A

dato dal maschio e a dalla femmina O a dato dal maschio e A dalla femmina.

è è

La probabilità del primo caso data da x = e lo stesso per il secondo caso.

è ½ ½ ¼

Poiché i due casi si escludono a vicenda, uso la regola della somma:

+ =

¼ ¼ ½

Test-cross

Il test­cross un metodo che permette di capire il genotipo di un individuo con fenotipo dominante, facendolo incrociare

è

con un omozigote recessivo. Se la progenie ha fenotipo dominante, l’individuo omozigote, mentre se il rapporto tra

è

fenotipo dominante e recessivo 1:3, l’individuo eterozigote.

è è

Test del chi-quadro (Pearson)

Serve per verificare se le previsioni sono in accorto con i risultati sperimentali.

Come si fa?

Registrare il numero osservato di organismi per ogni classe fenotipica

- Calcolare il valore atteso per ogni classe fenotipica

-

Dove osservato e atteso di riferiscono ad ogni categoria fenotipica.

Se il valore del chi­quadro piccolo, probabile che le differenze siano dovute al caso accetto l’ipotesi

è è 

Se il valore del chi­quadro oltre il valore critico rifiuto l’ipotesi

è 

Il valore critico in relazione ai gradi di libertà (numero di classi fenotipiche 1)

è –

Ereditarietà dei caratteri mendeliani

Ereditarietà dei caratteri autosomici (non legati ai geni X/Y) dominanti

Esempi di caratteri autosomici dominanti: fossetta sul mento, prognatismo (sporgenza in avanti di mandibola o mascella)

Esempi di patologie a trasmissione autosomica dominante: Acondroplasia (nanismo), corea di Huntington

La Corea di Huntington

Malattia neurodegenerativa causata da mutazioni della proteina huntingtina, la cui forma mutata tossica per la cellula.

è

Analisi della segregazione:

La malattia viene espressa in egual misura in maschi e femmine carattere AUTOSOMICO

• La malattia presente in tutte le generazioni carattere DOMINANTE

è 

• Essendo il carattere dominante, tutti gli individui sani sono omozigoti recessivi

• I soggetti affetti con almeno un figlio normale devono essere eterozigoti

Ereditarietà dei caratteri autosomici recessivi

Esempi di patologie a trasmissione autosomica recessiva: albinismo, sordità, anemia mediterranea, fenilchetonuria

(malattia legata al metabolismo degli aminoacidi), fibrosi cistica.

Analisi della segregazione:

La malattia viene espressa in egual misura da maschi femmine carattere AUTOSOMICO

è 

• La malattia può saltare una generazione carattere RECESSIVO

• Se due genitori sani hanno almeno un figlio affetto, sono eterozigoti

• La probabilità di avere figli malati maggiore negli incroci tra consanguinei

è

Ereditarietà dei caratteri X-linked.

Il cromosoma X necessario per la vita: possono esistere individui X0 (sindrome di Turner, individuo fenotipicamente

è

femmina), ma non individui Y0.

Caratteri X-linked dominanti

Individui maschi con X mutato e individui femmine omozigoti o eterozigoti per X mutato manifestano la malattia/carattere.

Esempi di patologie a trasmissione x­linked dominante: nefrite ereditaria (infiammazione dei reni), condrodisplasia

punctata (malformazione ossea), ipertricosi congenita (peli ovunque)

Analisi della segregazione:

Un maschio affetto genera tutte figlie femmine affette e nessun figlio maschio affetto; una donna affetta, invece,

• hanno la stessa probabilità di trasmettere il carattere ad un maschio o una femmina carattere X­LINKED

La malattia presente in tutte le generazione carattere DOMINANTE

è 

Caratteri X-linked recessivi

Individui maschi con X mutato e femmine omozigoti per X mutato manifestano il carattere/patologia; femmine eterozigoti

non lo manifestano.

Esempi di malattie a trasmissione x­linked recessiva: daltonismo, distrofia di Duchenne, Emofilia A (grave insufficienza

nella coagulazione), ittiosi (desquamazione della pelle).

Analisi della segregazione:

Solo i maschi sono malati e ricevono tutti il carattere da una madre portatrice carattere X­LINKED

• Non presente in tutte le generazioni carattere RECESSIVO

è 

• Tutte le madri e le figlie femmine di soggetti affetti sono portatrici

Ereditarietà dei caratteri Y-linked

Il cromosoma Y determina il fenotipo maschio, indipendentemente dal suo rapporto numerico con X. Ad esempio

individui XXY (sindrome di Klinefelter) sono fenotipicamente maschi, nonostante abbiano due cromosomi X.

Esempi di caratteri/patologie Y­linked: pelosità dei lobi delle orecchie, retinite pigmentosa (distrofia della retina)

Analisi della segregazione:

Solo i maschi sono affetti

• Tutti i figli maschi di un padre afetto sono affetti

RICOMBINAZIONE DI GENI ASSOCIATI SULLO STESSO CROMOSOMA (Bateson e Punnet)

Bateson e Punnet condussero esperimenti sul pisum sativum considerando caratteri diversi da quelli mendeliani.

Colore fiore: porpora dominante; rosso recessivo

Forma granello di polline: allungato dominante; rotondo recessivo

Per Mendel, un incrocio diibrido tra eterozigoti dovrebbe dare un rapporto fenotipico 9:3:3:1, ma gli esperimenti condotti

da Bateson e Punnet mostravano un maggior numero di discendenti con entrambi i fenotipi dominanti o recessivi, quindi

una tendenza dei geni dominanti e recessivi a rimanere uniti e una bassa tendenza alla ricombinazione.

Questo viene spiegato dal fatto che la legge dell’assortimento indipendente di Mendel non può essere applicata quando

i loci genici si trovano sullo stesso cromosoma.

Geni sullo stesso cromosoma si dicono associati, concatenati o sintenici e l’insieme dei geni su un cromosoma si dice

gruppo di concatenazione.

I geni associati possono esserlo in fase cis (un cromatide porta entrambi gli alleli dominanti; l’altro entrambi i recessivi) o

in fase trans (ciascun cromatide porta un allele dominante e uno recessivo)

La tendenza dei geni associati a rimanere uniti detta

è linkage.

Se non esistesse il fenomeno del crossing over (Morgan), geni associati segregherebbero sempre insieme.

Quindi un fenotipo ricombinante si può generare:

Per assortimento indipendente se i geni NON sono associati

- Per crossing over se i geni sono associati

-

L’associazione tra geni può essere completa o incompleta.

Associazione completa

L’associazione completa di due geni prevede che questi non possano essere separati per crossing over perché troppo

vicini sul cromosoma. Incrociando un eterozigote con un omozigote recessivo, gli unici fenotipi osservabili nella progenie

sono i parentali.

L’associazione completa un’eccezione, normalmente l’associazione incompleta.

è è

Associazione incompleta

Nel caso di associazione incompleta, si possono creare fenotipi ricombinanti a causa del crossing over. Incrociando un

eterozigote con un omozigote recessivo, le classi fenotipiche ricombinanti sono in numero minore rispetto alle parentali,

ma ci sono.

La permette di capire se due geni sono associati o meno.

frequenza di ricombinazione

Se frequenza = 50% i geni assortiscono indipendentemente

Se frequenza < 50% i geni sono associati e la frequenza indica quanto spesso avviene il crossing over

La frequenza di ricombinazione può essere del 50% anche per geni molto distanti tra loro.

Dal calcolo della frequenza genica dei ricombinanti si può ricavare la disposizione e la distanza dei geni, quindi creare

mappe genetiche

MAPPE GENETICHE

Le mappe genetiche sono mappe che mostrano la posizione relativa dei geni sui cromosomi.

La distanza tra geni associati si misura in (unità di misura genetica, non fisica!).

unità di mappa

Una unità di mappa corrisponde alla distanza tra due geni che permette di ottenere un 1% di ricombinazione.

1 unità di mappa = 1 centiMorgan (cM)

Perché costruire mappe genetiche?

Per localizzare ed isolare geni coinvolti in malattie

• Per studi di comparazione tra specie

MUTAZIONI

Una mutazione un cambiamento che altera la sequenza di basi del DNA.

è

Le mutazioni sono ereditabili?

Mutazione di una cellula somatica ereditata dai discendenti di una sola cellula

• Mutazione di una cellula germinale trasmessa attraverso le generazioni

Tasso di mutazione = numero di mutazioni nell’unità di tempo

Frequenza di mutazione = frequenza di comparsa di una specifica mutazione in una popolazione

Classi di mutazioni in base all’effetto:

Morfologiche alterano le caratteristiche esteriori

• Letali mutazioni di geni essenziali, non compatibili con la vita

• Condizionali un mutante condizionale presenta il fenotipo mutante solo in condizione restrittiva (condizioni

• ambientali particolari), mentre presenta il fenotipo wild type in condizione permissiva (condizioni normali).

Esempio: mutanti temperatura­sensibili

Biochimiche alterano la capacità di un organismo di sintetizzare un particolare molecola essenziale per la

• crescita: mutanti auxotrofi (incapaci di crescere su terreno minimo)

le mutazioni possono essere dannose o vantaggiose; in ogni caso sono una fonte di variabilità essenziale per

l’evoluzione.

Mutazioni puntiformi (interessano singole basi)

Transizioni sostituzione di una purina con un’altra purina o una pirimidina con un’altra pirimidina

• Transversioni sostituzione di una purina con una pirimidina e viceversa

Le mutazioni puntiformi possono essere:

provocano la sostituzione di un aminoacido con un altro

Missenso – provocano la sostituzione di un aminoacido con un codone di stop

Nonsenso –

provocano la sostituzione di un aminoacido con un altro che ha proprietà chimiche simili, quindi va bene lo

Neutre –

stesso provocano un cambiamento della sequenza di basi che non comporta il cambiamento dell’aminoacido

Silenti – inserzione o delezione di una (o anche più di una) coppia di basi, che provoca un cambiamento nella

Frameshift –

cornice di lettura.

Mutazione e reversione

Si parla di per un cambiamento che porta un allele dalla forma selvatica ad una

mutazione in avanti

• diversa.

Si parla di reversione per un cambiamento che ripristina il fenotipo selvatico.

• La reversione può avvenire per (viene ripristinata la sequenza originaria del gene) o per

retromutazione

(l’effetto della mutazione viene compensato da modificazioni di altri geni o di siti diversi). La

soppressione

soppressione può essere intra­genica o inter­genica (il gene diverso che causa la soppressione della

mutazione, ad esempio codificando per un tRNA mutato che legge la sequenza mutata in modo alternativo, è

detto gene soppressore).

Mutazioni positive o negative

Una mutazione positiva se comporta un acquisto di funzione (neomorfa); questo tipo di mutazione dominante sul

è è

wild type.

Una mutazione negativa se comporta perdita di funzione; questo tipo di mutazione solitamente recessiva, in quanto

è è

in un eterozigote la perdita di funzione compensata dall’azione dell’allele wild type.

è

Può però essere dominante se il prodotto genico multimerico: in questo caso basta una subunità non funzionante

è

perché la funzionalità di tutte sia compromessa. (esempio: mutazione del p53, che agisce come tetramero)

Ma le mutazioni sono casuali o indotte dall’ambiente? Test di fluttuazione

Infettando E.Coli con il fago T1, questo provoca la lisi delle cellule. Solo le cellule che hanno acquisito la resistenza non

vengono lisate.

Luria e Delbruck si proposero di capire se la mutazione che portava la resistenza fosse adattativa o spontanea.

Presero diverse colture di E.Coli, con la stessa densità di cellule e tutte fatte crescere nelle stesse condizioni ambientali.

Viene aggiunto il fago a tutte le colture e vengono annotate il numero di colonie resistenti e quelle non resistenti.

a) Se la mutazione fosse indotta dal fago, dovrebbero esserci un numero di colonie resistenti simile tra le varie

colture, con fluttuazioni minime.

b) Se la mutazione fosse spontanea, il numero di colonie resistenti dipenderebbe da QUANTE cellule della

colutura sono andate incontro a mutazione e QUANDO (prima sono mutate, maggiori discendenti resistenti

hanno). In questo caso le fluttuazioni di numero tra le diverse colture possono essere molto ampie.

Il numero delle colonie resistenti varia profondamente questa mutazione casuale

 è

Si può dire quindi che l’ambiente non ha indotto la mutazione, ma ha selezionato una mutazione casuale.

Come si originano le mutazioni?

(le più frequenti)

1_Errori di replicazione

Scivolamento su sequenze ripetute:

- la ripetizione in tandem di uno o più nucleotidi aumenta la probabilità che si formi una protrusione (come una

forcina) sull’elica stampo o quella in sintesi. Questo porta alla perdita di uno o più nucleotidi nel primo caso e

all’acquisto nel secondo.

Incorporazione di base errata:

- se un appaiamento errato (esempio GT) non viene corretto, la replicazione di quel tratto porterà ad avere una

molecola con appaiamento GC, mentre l’altra con AT.

2_Errata correzione di danni spontanei

Depurinazione spontanea:

- viene eliminata per sbaglio una purina (staccandosi dal desossiribosio, che rimane a costituire lo scheletro).

Nella replicazione viene inserita una base casuale in quella posizione.

Deaminazione:

- rimozione spontanea di un gruppo aminico da una base, che la trasforma in un’altra base

Danni fisici:

- rottura del doppio filamento a causa di radiazioni ionizzanti (raggi X); formazione di legami covalenti tra timine

adiacenti, che inducono distorsione dell’elica, a causa di radiazioni non ionizzanti (UV).

3_Danni indotti da mutageni chimici

Modificatori di basi:

- esempio acido nitroso. Modificano chimicamente le basi, portando a transizioni.

Analoghi delle basi:

- esempio 5 bromouracile. Sostituisce la timina nello stato normale, la citosina nello stato raro. Poiché può

cambiare forma dopo essere stato incorporato, indice mutazioni.

Agenti intercalanti:

- esempi proflavina, arancio d’acridina. Provocano delezioni se si inseriscono nel filamento in sintesi, mentre

provocano mutazione per inserzione se si inseriscono nello stampo (viene inserita una base casuale in

corrispondenza degli intercalanti)

Riparazione dei danni al DNA

I principali meccanismi di riparazione del DNA sono:

Riparazione dipendente dalla luce:

• nei batteri la DNA fotoliasi elimina i dimeri di timina che si formano a causa dell’esposizione a raggi UV (vedi

danni spontanei), tagliando i legami covalenti tra le timine. Questo enzima attivato dalla luce.

è

Riparazione per escissione dei nucleotidi (NER):

• un’endonucleasi (UvrAB in E.Coli) riconosce il danno. La subunità UvrA viene rilasciata dopo il legame al DNA

e al suo posto si lega UvrC.

Questo complesso taglia il filamento con il danno 8nt a mente e 4 nt a valle del danno.

Si lega UvrD, che provoca la separazione del pezzo di filamento tagliato.

La DNA pol I (in E.Coli) riempie il buco ed il frammento neosintetizzato viene unito da una ligasi.

Nell’uomo il meccanismo simile, ma il numero di proteine che intervengono maggiore e l’oligonucleotide

è è

excisso più lungo. Per il riempimento del buco interviene la polimerasi o

è δ ε.

Mutazioni che alterano la funzione degli elementi coinvolti nel NER sono molto gravi: un esempio la malattia

è

(autosomico recessivo), che porta alla porte per cancro in età giovane a causa della

Xeroderma Pigmentosum

mancata correzione degli errori.

verifica la potenziale mutagenicità di una sostanza testandone la capacità di far tornare selvatici

Il test di Ames

ceppi mutanti auxotrofi per l’istidina di salmonella (i mutanti vengono fatti crescere in terreno privo di istidina con

aggiunta la sostanza da testare: se questa mutagena, provocherà il ritorno dei mutanti al wild type e quindi si

è

formeranno colonie; se non mutagena, i batteri moriranno per la mancanza di istidina)

è

Mutazioni cromosomiche

Il cariotipo

L’analisi del cariotipo tramite cariogramma permette di individuare mutazioni cromosomiche.

Questo si può ricavare in diversi modi:

Da sangue periferico

• Dal liquido amniotico (amniocentesi)

• Dai villi coriali

Dopo il prelievo si isolano le cellule e con l’utilizzo di particolari sostanze vengono prima indotte alla mitosi e poi bloccate

in metafase. L’analisi al microscopio dei cromosomi in metafase ed il loro confronto con un cariotipo normale permette di

individuare eventuali anomalie.

Tipi di mutazioni cromosomiche

il numero dei cromosomi mutiplo del normale assetto aploide (es. triploidia)

Poliploidie – è

il numero dei cromosomi diverso dal normale assetto diploide, ma non multiplo.

Aneuploidie – è

Monosomie: 2N­1 ; trisomie: 2N+1

delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni

Alterazioni strutturali –

1_Poliploidie

Triploidia

La cellula contiene 3 assetti cromosomici completi.

Non una condizione compatibile con la vita: in quasi tutti i casi muoiono prima della nascita.

è

Cause di triplodia:

Dispermia (fecondazione dell’ovulo da parte di due spermatozoi) la causa più comune, l’assetto

- cromosomico in eccesso paterno.

è

Mancata citochinesi nell’ultima divisione meiotica (formazione di gameti diploidi) condizione più rara

-

2_Aneuplodie

La non­disgiunzione meiotica la principale causa di aneuplodia nell’uomo.

è

Se avviene durante la prima divisione meiotica, tutti i gameti sono anomali: la metà darà origine a zigoti trisomici, l’altra

metà a zigoti monosomici.

Se avviene nella seconda divisione meiotica, la metà dei gameti anomala, divisa tra zigoti trisomici e monosomici.

è

Monosomie autosomiche

Condizione non compatibile con la vita gli embrioni monosomici vengono eliminati precocemente

Trisomie autosomiche (47 cromosomi totali)

1. Patau (13)

Malformazioni di faccia, occhi, arti, sistema nervoso, cuore.

Riguarda 1/15.000 nati vivi; morte entro 6 mesi.

Correlata con l’età avanzata della madre

2. Edwards (18)

Piccoli alla nascita, pugni serrati con 5° dito sovrapposto al 3°, crescita lenta, ritardi mentali, malformazioni a

piedi e cuore.

Riguarda 1/8.000 nati vivi, di cui l’80% di sesso femminile; morte in 2­4 mesi.

è

3. Down (21)

Testa piatta e grande, lingua solcata e sporgente, crescita fisica e mentale ritardate, difetti cardiaci, sordità, alta

incidenza di infezioni respiratorie e leucemie.

Riguarda 1/800 nati vivi.

Correlata con l’età avanzata della madre.

95% dei casi dovuto a non disgiunzione meiotica (90% di origine materna; 5% di origine paterna);

3% dovuto a traslocazione robertsoniana (vedi traslocazioni)

è

2% dovuto a non­disgiunzione mitotica (l’individuo un mosaico di cellule normali e con trisomia)

è

Aneuploidie dei cromosomi sessuali

Sono più comuni di quelle autosomiche.

Turner (45, X) monosomia dell’X.

1. –

Bassa statura, pliche cutanee ai lati del collo, gonfiore di mani e piedi dalla nascita, ipoplasia mammaria e ovaie

rudimentali, ipoacusia, ridotta capacità aritmetica e di percezione spaziale, alta incidenza di coartazione aortica

(restringimento dell’aorta)

95­99% muore prima della nascita

Nel 75% dei casi colpa della non­disgiunzione meiotica paterna, ma può essere dovuta a non disgiunzione

è

mitotica post­fecondazione (ad esempio di due gemelle monozigotiche una può essere Turner e l’altra

normale).

2. Klinefelter (47, XXY)

Ridotto sviluppo sessuale, scarsissima fertilità, atrofia testicolare, ridotto livello intellettivo. Il fenotipo si

manifesta durante la pubertà.

Riguarda 1/1.000 nati maschi!

Una buona percentuale di affetti costituita da mosaici di cellule XY e XXY: questo significa che la non

è

disgiunzione avvenuta durante la mitosi di cellule embrionali.

è

60% dei casi, invece, dovuto a non disgiunzione meiotica in madri in età avanzata.

è

Sono possibili anche individui XXXY e XXXXY sintomi sempre più gravi

3. Supermaschio (47, XYY)

Altezza superiore alla norma, disturbi della personalità, deficit intellettivo.

Riguarda 1/1.000 nati maschi!

dovuta alla non disgiunzione meiotica del padre.

È

3_Alterazioni strutturali

Delezioni

Perdita di un frammento di cromosoma.

Se la delezione comprende il centromero il cromosoma di dice acentrico e viene eliminato totalmente durante la meiosi.

Negli individui eterozigoti le delezioni provocano la formazione di anse nell’appaiamento degli omologhi in meiosi.

Questo facilita la diagnosi.

Negli eterozigoti si può avere la pseudodominanza: in risposta alla delezione si manifesta il carattere recessivo, che è

portato dal cromosoma normale.

La delezione di un frammento può avvenire per:

rottura del cromosoma e ricongiunzione delle estremità delle parti rimaste

• crossing­over ineguale con DNA ripetitivo, per cui al posto del frammento contenente geni viene inserito DNA

• non codificante.

Le cause sono:

temperatura

• radiazioni

• virus

• sostanze chimiche

• elementi trasponibili

• errori nella ricombinazione

1_Sindrome di Cri­du­chat (5p­ : delezione eterozigote nel braccio corto del cromosoma 5)

Difetti dello sviluppo della faccia, della laringe e dell’apparato gastrointestinale, ritardo mentale

Riguarda 1/50.000 nati vivi.

2_Sindrome di Praeder­Willi (15 q­ : delezione eterozigote nel braccio lungo del cromosoma 15)

Nei neonati astenia (mancanza di forza) e crescita lenta; nei bambini gravi disturbi alimentari con attacchi di fame

compulsivi e obesità.

Duplicazioni

Aggiunta di un frammento su un cromosoma.

Causato principalmente da crossing over ineguale, che porta all’aggiunta di una copia di uno o più geni già presenti sul

cromosoma. Il crossing over ineguale dovuto ad uno sbagliato appaiamento degli omologhi, che spesso causato

è è

dalla presenza di regioni simili sul cromosoma.

Come le delezioni, nell’appaiamento omologo meiotico formano anse, per cui sono individuabili.

Inversioni

Excisione e reintegrazione di un frammento dopo rotazione di 180°.

Se l’inversione comprende il centromero pericentrica, se non lo comprende paracentrica.

è è

Nelle inversioni non c’è perdita del materiale genetico, anche se la rottura può interropere un gene e quindi disattivarlo.

Traslocazioni

intracromosomica non reciproca: un frammento viene trasferito da un punto all’altro di uno stesso cromosoma

• intercromosomica non reciproca: un frammento viene trasferito ad un cromosoma non omologo

• intercromosomica reciproca: scambio di frammenti tra cromosomi non omologhi

• Robertsoniana: rottura e perdita del braccio corto di due cromosomi acrocentrici, con fusione dei due bracci

• lunghi a formare un unico cromosoma metacentrico.

La sindrome di Down di tipo familiare (portata da uno dei genitori) dovuta a traslocazione robertsoniana tra il

è

cromosoma 21 e il 14 nelle cellule germinali.

6 cariotipi possibili:

3 non vitali (monosomia del 21, monosomia del 14, trisomia del 14)

Uno normale

Uno portatore di traslocazione robertsoniana (detto carrier) come il genitore

Uno affetto da sindrome di Down in quanto presenta una coppia di 21, un 14 normale ed il cromosoma 14/21

che dà la trisomia del 21 caratteristica della sindrome.

GENETICA DEI MICRORGANISMI

Colonia = clone di batteri derivanti da una singola cellula

Mutazioni nutrizionali

Batteri prototrofi: possono crescere in terreno minimo, sono sufficienti una fonte di energia e sali inorganici.

• Esempio: E.Coli

Batteri auxotrofi: necessitano di un terreno massimo o completo, in quanto sono mutanti non in grado di

• sintetizzare alcune molecole organiche a causa di una perdita di capacità. Sono detti anche mutanti nutrizionali

o biochimici. Esempio: Haemophilus influenzae

(coniugi Lederberg 1952) tecnica che permette di isolare mutanti nutrizionali.

Replica plating –

Vengono fatti crescere i batteri in un terreno massimo. Le colonie vengono piastrate in replica (con una superficie di

velluto a cui si attaccano) e poi con la stessa distribuzione su un terreno completo e su uno selettivo

“stampate”

mancante dell’elemento che non sanno produrre i mutanti.

Poiché la distribuzione delle colonie rimane la stessa nelle due piastre, possibile confrontare quale colonia non

è è

cresciuta sul terreno selettivo e prelevare i batteri mutanti della stessa colonia dal terreno completo.

L’informazione genetica nei batteri

L’informazione genetica dei batteri può essere presente, oltre che sul cromosoma batterico, su elementi

extracromosomici, cioè molecole di DNA aggiuntive (circolari a doppio filamento), di dimensioni minori.

Gli elementi extracromosomici naturali sono plasmidi ed episomi.

Plasmidi

I plasmidi sono molecole di DNA circolare a doppia elica con dimensioni che vanno da meno di 5 kb a centinaia di kb.

Possono essere presenti nella cellula in poche copie o in centinaia di copie e sono capaci di replicazione indipendente

(replicazione di tipo ma tendono comunque a replicarsi contemporaneamente al cromosoma batterico per mantenere

θ),

costante la loro concentrazione nelle generazioni.

I geni dei plasmidi non sono indispensabili alla cellula, ma le conferiscono vantaggi selettivi, come resistenza a farmaci e

vantaggi metabolici.

Episomi

Gli episomi sono presenti un una o poche copie nel batterio e come i plasmidi sono capaci di replicazione indipendente.

La differenza principale tra plasmidi ed episomi che i plasmidi sono solo elementi citoplasmatici, mentre gli episomi

è

possono trovarsi integrati nel DNA genomico. Conferiscono quindi vantaggi alla cellula dovuti alla loro capacità di

integrazione, quindi alla possibilità scambio di materiale genetico.

Prova della possibilità di scambio genetico tra batteri: esperimento di Lederberg e Tatum

Due ceppi di batteri auxotrofi per molecole diverse: ciascuno dei due ceppi muore in terreno minimo.

Mescolando i ceppi ed inserendo la miscela su terreno minimo, alcune colonie sono capaci di crescita: c’è stato uno

scambio di informazione genetica tra gli auxotrofi, che ha portato alla formazione di cellule prototrofe.

Trasferimento genetico orizzontale: meccanismi parasessuali dei batteri

I meccanismi parasessuali non portano alla formazione di cellule figlie diploidi e non si ha segregazione dei caratteri

parentali.

1_Coniugazione

Contributo asimmetrico alla ricombinazione, che avviene tra organismi con polarità sessuale diversa: un batterio si

comporta da ricevente, l’altro da donatore.

necessario contatto tra le cellule (dimostrazione con tubo a U di Davis).

È

La cellula donatrice detta F+ e contiene il fattore F.

è

Il fattore F un episoma di c.ca 100 kb, presente in una copia per ogni cromosoma batterico (sistema di controllo

è

autonomo della quantità).

costituito da 22 geni, di cui 12 controllano la formazione del pilo F, che connette i batteri in accoppiamento.

È

Contiene inoltre geni per la propria replicazione e per la coniugazione.

Meccanismo di trasmissione del fattore F

1.Si crea una connessione citoplasmatica tra le due cellule (pilo)

2.Uno dei filamenti dell’episoma subisce un’interruzione a livello di

un’origine e si separa

3.L’estremità 5’ del filamento passa nella cellula ricevente (nel

frattempo viene replicato il suo complementare sull’episoma

originale)

4.Man mano che viene traslocato l’intero filamento, la cellula

ricevente provvede a duplicarlo

5.Alla fine si creano due cellule F+

Integrazione dell’episoma nel cromosoma batterico

Se il fattore F di un ceppo F+ viene integrato nel cromosoma batterico, dà origine ad un ceppo Hfr (high frequency

ricombination).

Se il cromosoma batterico con integrato il fattore F va incontro ad excisione del fattore F, questo può portare con sé

alcuni geni a causa del crossing over. In questo caso il ceppo diventa F’.

La coniugazione di una cellula F’ con una F­ trasferisce geni del cromosoma della cellula donatrice.

La coniugazione di una cellula Hfr con una F­ porta al passaggio di alcuni geni del cromosoma batterico. Si può

verificare crossing over tra questi e quelli della cellula ricevente, per cui questa cambia allele per un gene (pur

rimanendo F­).

2_Trasformazione

La trasformazione il passaggio di DNA libero ad una cellula competente, cioè capace di captare il frammento di DNA,

è

che integra tramite crossing over.

Una cellula non competente può essere resa competente rendendo la sua membrana più permeabile (soluzioni saline,

shock termito, campi elettrici).

Un esempio di trasformazione l’esperimento di Griffith sui ceppi di pneumococco R ed S: il motivo per cui la

è

mescolanza di batteri R (non patogeni) vivi e S (patogeni) morti risulta patogena il fatto che il gene per la patogenicità

è

viene captato dalle cellule R ed integrato nel proprio genoma.

3_Trasduzione

La trasduzione il passaggio di DNA da un batterio ad un altro tramite un fago.

è

Quando un fago infetta un batterio, inietta dentro esso il proprio DNA e provoca la degradazione del DNA della cellula. In

seguito a replicazione del DNA virale e sintesi delle proteine per il capside, avviene la maturazione del virus. In alcuni

capsidi può essere integrato DNA batterico invece di DNA virale.

Quando il capside con DNA batterico infetta un altro batterio, gli trasferisce DNA batterico, che può essere integrato dal

ricevente nel proprio genoma.


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DESCRIZIONE APPUNTO

Riassunto per l'esame di Biologia e genetica, basato su rielaborazione di appunti personali e studio del libro adottato dalla docente Cicchini, Principi di genetica, Snustad. Gli argomenti trattati sono:
-DNA (replicazione, trascrizione, traduzione).
-meiosi.
-genetica Mendeliana.
-mutazioni.
-genetica batterica.
-estensioni genetica mendeliana.
-dal genotipo al fenotipo.
-imprinting.
-malattie da estensione di triplette.
-DNA mitocondriale.
-genoma umano.
-mappe genetiche e fisiche.
-genetica di popolazioni e quantitativa.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in medicina e chirurgia (a ciclo unico)
SSD:
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher ertedesco2 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia e genetica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Cicchini Carla.

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